(57)【要約】【課題】任意の方向に自由に移動させることができ、且つ、Ｓ／Ｎ比が向上した超音波探触子を提供する。【解決手段】超音波を放出し及び／又は超音波を受信する超音波振動子１０が、球体形状を有する中空の球体ケース３０に内蔵されている。球体ケースは外ケース４０に回転可能に保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に超音波を入射させ及び／又は前記測定対象物からの超音波を受信する超音波探触子であって、
前記超音波を放出し及び／又は前記超音波を受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子が内蔵された、球体形状を有する中空の球体ケースと、
前記球体ケースを回転可能に保持する外ケースと
を備えることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記外ケースに対する前記超音波振動子の姿勢を一定に維持するための姿勢制御手段を更に備える請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記姿勢制御手段が、前記球体ケースの内側及び外側にそれぞれ設けられた磁石である請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記球体ケースの内外間で信号を伝達するための無線通信手段を更に備える請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記超音波振動子に対して高電圧パルス信号を出力する高電圧発生回路が、前記球体ケースに内蔵されている請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記超音波振動子からの出力信号を増幅する増幅回路が、前記球体ケースに内蔵されている請求項１〜５のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項７】
電池が前記球体ケースに内蔵されている請求項１〜６のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記電池に接続された回路を開閉するためのスイッチが前記球体ケースに内蔵されており、前記スイッチの開閉動作を前記球体ケース外から行うことができる請求項７に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記超音波を放出し及び／又は前記超音波を受信する前記超音波振動子の端面が浸漬されるように、前記球体ケース内に液体が内蔵されている請求項１〜８のいずれかに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷試験等に好ましく使用することができる超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々の分野において、金属部品等の厚さを測定するため、あるいは、表面または内部の亀裂の発生やその大きさを調べるため、超音波を用いた探傷試験が行われている。超音波による厚さの測定は図３に示すようにして行うことができ、また、超音波による亀裂深さの測定は、図４に示すようにして行うことができる（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。
【０００３】
図３は、従来の超音波による厚さ測定方法を示す図である。図３に示すように、超音波探触子９０を測定対象物１００の一方の表面上に配置し、次いで、超音波探触子９０から測定対象物１００内に超音波を入射する。さらに、測定対象物１００の他方の表面で反射した超音波を超音波探触子９０で受信し、超音波の送信から受信までの時間を計測する。この測定した時間から超音波の進んだ距離が算出される。この距離の１／２が測定対象物１００の厚さとなる。
【０００４】
図４は、従来の超音波による亀裂深さの測定方法を示す図である。図４に示すように、送信用探触子９１と受信用探触子９２とをあらかじめ定めた距離を隔てて測定対象物１００の表面上に配置する。このとき、送信用探触子９１と受信用探触子９２との間を測定対象物１００の表面に形成されている亀裂１０１が横切るように、探触子９１，９２の位置を調整する。
【０００５】
次いで、送信用探触子９１から測定対象物１００内に超音波を入射する。さらに、亀裂１０１の底部１０１ａを回折して送信用探触子９１とは反対側に進む超音波を受信用探触子９２で受信し、超音波の送信から受信までの時間を計測する。この測定した時間から超音波の進んだ距離が算出される。その後、算出した距離と、送信用探触子９１から受信用探触子９２までの距離とから、亀裂１０１の深さが算出される。
【０００６】
また、特許文献２には、一対の車輪の内部に送信用探触子及び受信用探触子をそれぞれ内蔵した超音波探傷装置が開示されている。この超音波探傷装置によれば、一対の車輪を回転させることにより送信用探触子及び受信用探触子を測定対象物から離すことなくその位置を移動させることができるので、効率よく連続して測定を行うことができる。
【０００７】
更に、特許文献３，４には、超音波振動子と測定対象物との間に球体を介在させた超音波探触子が記載されている。この超音波探触子によれば、探触子を測定対象物から離すことなく所望する位置に自由に移動させることができるので、測定対象物の厚さや亀裂深さを更に効率よく連続して測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５４−１５０１８８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８００号公報
【特許文献３】特開２００８−５１５５７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２７９９６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「ブリティッシュ・スタンダード(BRITISH STANDARD)」、１９９３年、ＢＳ７７０６
【非特許文献２】ジョセフ・クラウトクレーマ(Josef Krautkramer)、ヘルベルト・クラウトクレーマ(Herbert Krautkramer)著、「ウルトラソニック・テスティング・オブ・マテリアルズ(Ultrasonic Testing of Materials)」、スプリンガー・ベルラーグ(Springer Verlag)、１９９０年、ｐ．３２３
【非特許文献３】「超音波探傷試験III」、社団法人日本非破壊検査協会、１９８９年２月１日、ｐ１３３−１３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図３及び図４に示した測定方法においては、厚さの連続した変化を測定する場合あるいは多数の亀裂深さをそれぞれ測定する場合には、探触子の移動及び位置決めを繰り返す必要があり、多大な時間を要する。
【００１１】
また、特許文献２に示された超音波探傷装置では、探触子を測定対象物から離すことなく厚さや亀裂深さを連続して測定することができるが、一対の車輪の回転軸方向は固定されているので、超音波探傷装置を任意の方向に移動させながら連続して測定することはできない。
【００１２】
特許文献３，４に示された超音波探触子では、特許文献２の上記の問題は解消されるものの、超音波が超音波振動子と測定対象物との間の球体を通過する際に減衰し又は球体内で多重反射するのでＳ／Ｎ比が低いという問題がある。
【００１３】
本発明は、任意の方向に自由に移動させることができるという特許文献３，４の超音波探触子の特徴を備えながら、Ｓ／Ｎ比が向上し、測定精度が改善された超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の超音波探触子は、測定対象物に超音波を入射させ及び／又は前記測定対象物からの超音波を受信する超音波探触子であって、前記超音波を放出し及び／又は前記超音波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子が内蔵された、球体形状を有する中空の球体ケースと、前記球体ケースを回転可能に保持する外ケースとを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、球体ケースが外ケースに回転可能に保持されているので、球体ケースを測定対象物に押し付けながら超音波探触子の位置を任意の方向に移動させることができる。従って、厚さや亀裂の測定を短時間で効率よく行うことができる。
【００１６】
また、超音波振動子が球体ケース内に内蔵されているので、超音波振動子と測定対象物との間の距離が短くなる。また、超音波が球体を通過しないので球体内で超音波が多重反射しない。従って、Ｓ／Ｎ比が向上し、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる超音波探触子の構成を概念的に示した断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施形態にかかる超音波探触子に搭載されたスイッチの構成を概念的に示した図である。図２Ｂは、図２Ａに示したスイッチの「開」状態を示した図である。
【図３】図３は、従来の超音波による厚さの測定方法を示した図である。
【図４】図４は、従来の超音波による亀裂深さの測定方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記の本発明の超音波探触子が、前記外ケースに対する前記超音波振動子の姿勢を一定に維持するための姿勢制御手段を更に備えることが好ましい。これにより、球体ケースを測定対象物に押し付けて回転させながら超音波探触子を移動させても、超音波振動子を常に所望する向きに向かせることができる。従って、Ｓ／Ｎ比を更に向上させることができる。
【００１９】
上記において、前記姿勢制御手段が、前記球体ケースの内側及び外側にそれぞれ設けられた磁石であることが好ましい。これにより、簡単な構成で超音波振動子の姿勢を一定に維持するための姿勢制御手段を容易に実現することができる。
【００２０】
上記の本発明の超音波探触子が、前記球体ケースの内外間で信号を伝達するための無線通信手段を更に備えることが好ましい。これにより、球体ケースの自由な回転と、球体ケースに内蔵された超音波振動子に対する信号の授受とを容易に両立することができる。
【００２１】
前記超音波振動子に対して高電圧パルス信号を出力する高電圧発生回路が、前記球体ケースに内蔵されていることが好ましい。これにより、低電圧のトリガー信号を超音波探触子に入力するだけで超音波を発する超音波探触子を実現できる。
【００２２】
前記超音波振動子からの出力信号を増幅する増幅回路が、前記球体ケースに内蔵されていることが好ましい。これにより、超音波探触子からの出力信号を増幅することなく、当該出力信号波形を表示装置に表示させることができる。
【００２３】
電池が前記球体ケースに内蔵されていることが好ましい。これにより、超音波探触子外から電力を供給することなく、超音波探触子内の高電圧発生回路や増幅回路などの電気回路を動作させることができる。
【００２４】
上記において、前記電池に接続された回路を開閉するためのスイッチが前記球体ケースに内蔵されていることが好ましい。この場合、前記スイッチの開閉動作を前記球体ケース外から行うことができることが好ましい。これにより、必要なときのみ回路をＯＮすることができるので、電池が無駄に消耗するのを防止できる。また、スイッチの開閉動作を行うために球体ケースを分解する必要がないので、操作性が向上する。
【００２５】
前記超音波を放出し及び／又は前記超音波を受信する前記超音波振動子の端面が浸漬されるように、前記球体ケース内に液体が内蔵されていることが好ましい。これにより、超音波振動子と測定対象物との間の音響インピーダンスの低下が少なくなるので、Ｓ／Ｎ比が更に向上する。
【００２６】
以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態にかかる超音波探触子１の構成を概念的に示した断面図である。本実施形態の超音波探触子１では、超音波を放出し及び／又は超音波を受信する超音波振動子１０が、内ケース２０に保持されている。そして、超音波振動子１０及び内ケース２０は、球体形状を有する中空の球体ケース３０内に収納されている。球体ケース３０は外ケース４０に回転可能に保持されている。以下の説明の便宜のために、図１の紙面の上側を超音波振動子１の上側と呼び、図１の紙面の下側を超音波振動子１の下側と呼ぶ。また、図１の紙面の左右方向を超音波振動子１の水平方向と呼ぶ。但し、この「上」、「下」、「水平方向」は、超音波振動子１の実際の使用状態での向きを意味するものではない。図１において、３０ｃは、球体ケース３０の中心である。１ａは、球体ケース３０の中心３０ｃを通り、上下方向に延びた超音波探触子１の中心軸（特に外ケース４０の中心軸）である。１００は、測定対象物である。
【００２８】
内ケース２０は、球体の下側の一部を削除したのと類似した形状を有している。超音波振動子１０の、超音波を放出し及び／又は超音波を受信する端面１０ａが内ケース２０とは反対側を向くように、超音波振動子１０が内ケース２０の下面に取り付けられている。超音波振動子１０としては、特に制限はなく、圧電素子の両面に貼り付けられた電極に高電圧パルス信号を印加することで、圧電素子を伸縮させ、超音波を発する公知の振動子を用いることができる。
【００２９】
内ケース２０には、超音波送受信機１２が搭載されている。超音波送受信機１２は、超音波振動子１０に対して高電圧パルス信号を出力する高電圧発生回路（図示せず）と、超音波振動子１０からの出力信号を増幅する増幅回路（図示せず）と、これら高電圧発生回路及び増幅回路を動作させるための電力を供給する電池（図示せず）とを含む。電池は、一次電池、二次電池のいずれであってもよい。超音波振動子１０と超音波送受信機１２とは、配線１３を介して接続される。
【００３０】
内ケース２０の上側の外表面は、球体ケース３０の内周面に沿った球面又はこれに近似した形状を有している。内ケース２０の当該外表面には、ボールローラ２２、磁石２４、送受装置２６、スイッチ５０が、球体ケース３０の内周面に対向するように取り付けられている。
【００３１】
球体ケース３０は、一定の厚さを有し、その外周面及び内周面はいずれも球面である。球体ケース３０内には、液体３２が封入されている。超音波探触子１の使用時には、図１に示すように超音波振動子１０の端面１０ａが液体３２に浸漬される。このように、端面１０ａと球体ケース３０との間が液体３２で満たされていると、両者間に液体３２ではなく空気が存在する場合に比べて、端面１０ａと球体ケース３０との間に存在する異物質間の境界面での音響インピーダンスの差が小さくなるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。液体３２としては、音響インピーダンスが大きく且つ粘性の低い物質が好ましく、例えば水、油等を用いることができ、特に水が好ましい。液体３２は、球体ケース３０内の空間を満たしていてもよいが、図１に示すように、球体ケース３０内の空間容積より少量であってもよい。
【００３２】
球体ケース３０は、例えば、その中心３０ｃを通る面に沿って分割された一対の半球面体を接合することにより構成することができる。この場合、一対の半球面体の接合面は、液体３２が漏出しないように封止される。
【００３３】
球体ケース３０の材料としては、特に制限はないが、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡなど）、高密度ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどの樹脂材料、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属材料、ＢＲゴム、シリコンゴム、ＮＢＲゴム、ウレタンゴム、バイトンゴムなどのゴム系材料等を用いることができ、これらの中でも、アクリル樹脂や高密度ポリスチレン等の樹脂材料が好ましい。球体ケース３０は、単一の材料から構成されている必要はなく、例えば２以上の異種材料層が積層されて構成されていてもよい。例えば、球体ケース３０の内周面側に、硬質の樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなる基層を備え、外周面側にゴム系材料（例えばＢＲゴム）からなる弾性層を備えた２層構成であってもよい。球体ケース３０の外周面が相対的に弾性変形しやすい弾性材料で構成されていることにより、球体ケース３０を測定対象物１００に押し付けたときに、球体ケース３０の外側層が変形して、ある面積を有する領域で球体ケース３０と測定対象物１００とが密着する。これにより、球体ケース３０と測定対象物１００との間での超音波の伝播が容易になるので、超音波探傷において通常必要である超音波探触子と測定対象物との間に付与される接触媒質が不要になる。
【００３４】
外ケース４０は、球体ケース３０を内蔵するための内腔を備える。外ケース４０の下面には、当該内腔に連通した開口４１が形成されており、この開口４１から球体ケース３０の一部が下方に向かって突出している。外ケース４０の球体ケース３０に対向する内周面は、球体ケース３０の外周面に沿った球面又はこれに近似した形状を有している。外ケース４０の当該内表面には、ボールローラ４２、磁石４４、送受装置４６が、球体ケース３０の外周面に対向するように取り付けられている。外ケース４０の上面には、超音波探触子１を保持するためのハンドル４９が取り付けられている。本実施形態の外ケース４０は、上下方向に分割可能な上ケース４０ａと下ケース４０ｂとの少なくとも２部品で構成されている。但し、外ケース４０を構成する部品数や分割構造は、これに限定されない。
【００３５】
ボールローラ２２，４２としては、１つのメインボールと、当該メインボールより相対的に小さな複数のサブボール（図示せず）と、メインボール及び複数のサブボールを保持する筐体とを備えた周知のボールローラ装置を用いることができる。メインボールが球体ケース３０に当接する。複数のサブボールは、メインボールに対して球体ケース３０とは反対側に配置される。複数のサブボールは、メインボールが球体ケース３０上を転がりながら移動できるように、メインボールを支持する。このようなボールローラ２２及びボールローラ４２が、中心軸１ａ方向の異なる位置に、また、中心軸１ａ回りの異なる位置に、球体ケース３０に当接するように、それぞれ複数個配置されている。内ケース２０と球体ケース３０との間に複数のボールローラ２２が介在しているので、球体ケース３０は内ケース２０に対して、両者間距離を一定に保ったまま、任意の方向に自由に回転することができる。同様に、外ケース４０と球体ケース３０との間に複数のボールローラ４２が介在しているので、球体ケース３０は外ケース４０に対して、両者間距離を一定に保ったまま、任意の方向に自由に回転することができる。また、ボールローラ４２は、球体ケース３０の中心３０ｃよりも上側に加えて下側にも配置されているので、外力や衝撃が加えられても、外ケース４０の開口４１から、球体ケース３０が脱落することがない。
【００３６】
内ケース２０の磁石２４と外ケース４０の磁石４４とが球体ケース３０を挟んで互いに対向できるように、磁石２４と磁石４４とからなる磁石対が、中心３０ｃよりも上側に、中心軸１ａの回りに等角度間隔（例えば、６０°、９０°、又は１２０°間隔）で複数配置されている。磁石２４，４４は、対をなす磁石２４と磁石４４とが互いに異なる極（即ち、Ｓ極とＮ極）で対向するように設置されている。従って、対をなす磁石２４と磁石４４とが対向するように外ケース４０に対して内ケース２０が配置されると、磁石２４と磁石４４との間の磁気吸引力により、球体ケース３０内の内ケース２０が外ケース４０に吸引される。このとき、球体ケース３０の外周面は外ケース４０上のボールローラ４２に当接し、球体ケース３０の内周面は内ケース２０上のボールローラ２２に当接する。従って、この状態で、球体ケース３０は、外ケース４０及び内ケース２０に対して回転することができる。球体ケース３０が回転しても、外ケース４０に対する内ケース２０の距離や姿勢等の相対的な位置関係は変わらない。従って、磁石２４，４４は、内ケース２０及びこれに保持された超音波振動子１０の外ケース４０に対する姿勢を一定に維持するための姿勢制御手段として機能する。このように、対をなす磁石２４と磁石４４との吸引力によって外ケース４０に対して内ケース２０及び超音波振動子１０の姿勢が一定に維持された状態を、本発明では「姿勢制御状態」と呼ぶ。
【００３７】
内ケース２０及び超音波振動子１０が姿勢制御状態にあるとき、内ケース２０の送受装置２６と外ケース４０の送受装置４６とは、球体ケース３０を介して対向する。このように対向した送受装置２６及び送受装置４６は、電磁誘導現象を利用して両者間で無線での信号伝達を行う無線通信手段を構成する。本実施形態では、無線通信手段を構成する送受装置２６と送受装置４６とからなる送受装置対が２つ設けられている。内ケース２０側の２つの送受装置２６は、配線２７を介して超音波送受信機１２に接続されている。外ケース４０側の２つの送受装置４６は、配線４７を介して外ケース４０の外表面に設けられた２つの端子４８に接続されている。端子４８は図示しない超音波探傷装置に接続される。
【００３８】
スイッチ５０は、超音波送受信機１２の電池を含む電源回路に直列に接続され、当該電源回路を開閉する。図２Ａにスイッチ５０の概略構成を示す。中空の筐体５１内に、上下方向に重ね合わされた２枚の薄い金属板５２ａ，５２ｂが収納されている。金属板５２ａ，５２ｂは、配線５３ａ，５３ｂを介して超音波送受信機１２に接続されている。図２Ａは、金属板５２ａと金属板５２ｂとが接触しており、配線５３ａと配線５３ｂとが導通した「閉」状態を示している。
【００３９】
図２Ｂに示すように、スイッチ５０の上方に磁石５４を配置すると、上側の金属板５２ａが磁石５４の磁気吸引力によって磁石５４側に弾性的に変形する。その結果、金属板５２ａと金属板５２ｂとが離間し、配線５３ａと配線５３ｂとの導通が遮断された「開」状態になる。
【００４０】
図１に戻り、略Ｌ字形状を有する回動部材５５が、その上下方向に延びた回動軸５６の回りに回動可能に、外ケース４０に設けられている。回動軸５６の下端に、水平方向に延びた回動アーム５７が接続されている。回動アーム５７の先端の下面に磁石５４が取り付けられている。回動軸５６の上端は外ケース４０外に突出し、その先端に操作ノブ５８が取り付けられている。操作ノブ５８をある方向に回転させて、磁石５４をスイッチ５０の上方に移動させると、磁石５４の磁気吸引力が球体ケース３０を介して上側の金属板５２ａに作用して、図２Ｂに示したようにスイッチ５０が「開」状態になる。この状態から操作ノブ５８を上記とは逆方向に回転させて、磁石５４をスイッチ５０の上方から退避させると、図２Ａに示したように金属板５２ａは弾性回復し、スイッチ５０は「閉」状態になる。このように球体ケース３０外に配置された回動部材５５を操作することにより、超音波送受信機１２の電源のＯＮ／ＯＦＦを可逆的に切り替えることができる。
【００４１】
次に、本実施形態の超音波探触子１の使用方法を説明する。
【００４２】
図３で説明したのと同様に、１つの超音波探触子１を、超音波の送信機及び受信機として使用して測定対象物１００の厚さ測定や測定対象物１００内の亀裂検出をする方法を説明する。
【００４３】
２つの端子４８を超音波探傷装置（図示せず）に接続する。また、回動部材５５の操作ノブ５８を操作してスイッチ５０を「閉」状態とし、超音波送受信機１２の電源回路をＯＮする。そして、図１に示すように、中心軸１ａが測定対象物１００の表面に垂直になるように超音波探触子１の球体ケース３０を測定対象物１００に押し付ける。内ケース２０は姿勢制御状態にあるから、測定対象物１００に対する外ケース４０の傾きに応じて、内ケース２０及びこれに保持された超音波振動子１０の向きが変化する。
【００４４】
超音波探傷装置から２つの端子４８のうちの一方に、超音波を発生させるためのトリガー信号（例えばパルス信号）を入力する。トリガー信号は、端子４８から、配線４７、送受装置４６、送受装置２６、配線２７を順に通って超音波送受信機１２に入力される。超音波送受信機１２内の高電圧発生回路は、入力されたトリガー信号に基づいて高電圧パルス信号を発生させる。この高電圧パルス信号は、配線１３を介して超音波振動子１０に入力される。超音波振動子１０は、高電圧パルス信号に基づいて端面１０ａから超音波を放出する。超音波は、液体３２、球体ケース３０を順に通過して測定対象物１００内に入射する。入射した超音波は測定対象物１００の入射面とは反対側の面に到達し、ここで反射されて、上記と逆の経路を通って超音波振動子１０に入射してこれを振動させる。超音波振動子１０はこの振動を電気信号に変換して出力する。超音波振動子１０からの出力信号は、配線１３を介して超音波送受信機１２に入力される。超音波送受信機１２内の増幅回路は入力信号を増幅して出力する。超音波送受信機１２からの出力信号は、配線２７、送受装置２６、送受装置４６、配線４７、端子４８（トリガー信号が入力された端子４８とは別の端子４８）を順に通って、超音波探傷装置に入力される。超音波探傷装置は、例えば入力された信号波形を、上記トリガー信号波形とともに表示装置に表示する。両波形間の時間を計測すれば、測定対象物１００の厚さを測定することができる。また、両波形間に別の信号波形が認められる場合には、測定対象物１００内に亀裂が存在すると推定することができる。
【００４５】
測定対象物１００上の測定位置を変えるには、球体ケース３０を測定対象物１００に押し付けたままで超音波探触子１を任意の方向に移動させればよい。移動中、球体ケース３０は測定対象物１００上を転がるが、測定対象物１００に対する外ケース４０の傾きを一定に維持すれば、測定対象物１００に対する超音波振動子１０の向き（姿勢）は一定に保たれる。超音波探触子１を移動させながらトリガー信号を一定間隔で継続して超音波送受信機１２に入力すれば、厚さ測定や亀裂検出を連続的に行うことができる。
【００４６】
測定対象物１００に対して外ケース４０を傾けると、外ケース４０の傾きに応じて超音波振動子１０も傾く。このようにして、測定対象物１００の表面に対して超音波を斜めに入射させることも可能である。これにより、例えば、測定対象物１００の超音波の入射面とは反対側の表面に形成された厚さ方向に延びた亀裂を検出することができる。
【００４７】
図４で説明したのと同様に、２つの超音波探触子１を用いて測定対象物１００の表面に形成された亀裂の深さを測定することもできる。この場合には、２つの超音波探触子１のうちの一方を超音波を送信する送波子とし、他方を超音波を受信する受波子とする。送波子側の超音波探触子１に超音波を発生させるためのトリガー信号を入力し、受波子側の超音波探触子１からの出力信号を検出する。トリガー信号波形と出力信号波形との間の時間や出力信号波形の振幅から、亀裂の深さを測定することができる。
【００４８】
測定対象物１００上の測定位置を変えるには、２つの超音波探触子１の各球体ケース３０を測定対象物１００に押し付けたままで、２つの超音波探触子１を一体的に任意の方向に移動させればよい。２つの超音波探触子１の相対的位置関係が変化しないように、治具等で２つの超音波探触子１を一体化させることが好ましい。
【００４９】
以上のように、本実施形態の超音波探触子１は、測定対象物１００に当接し且つ自由に回転可能な球体ケース３０を備えるので、測定対象物１００上で超音波探触子１を任意の方向に移動させながら厚さや亀裂の測定を連続的に効率よく行うことができる。
【００５０】
超音波振動子１０が球体ケース３０内に内蔵されているので、超音波振動子１０の超音波が出入する端面１０ａと測定対象物１００との間の距離が短い。また、超音波が球体を通過する際に球体内で超音波が多重反射するという特許文献３，４の超音波探触子で起こる現象が、本実施形態の超音波探触子１では生じにくい。さらに、端面１０ａと測定対象物１００との間の異物質間の界面数が少ない。これらにより、超音波の減衰が低減し、また、多重反射によるノイズも低減する。これらの結果、特許文献３，４の超音波探触子に比べて、Ｓ／Ｎ比が向上し、測定精度が向上する。
【００５１】
球体ケース３０内に液体３２が封入されているので、端面１０ａと測定対象物１００との間での超音波の減衰が更に低減し、Ｓ／Ｎ比が更に向上する。
【００５２】
球体ケース３０内に、高電圧発生回路と増幅回路とを有する超音波送受信機１２を備えているので、超音波探触子１に接続する超音波探傷装置は、低電圧のトリガー信号を発生する回路と、超音波探触子１からの出力信号を処理する装置（例えば信号波形を表示する表示装置、所望の演算を行う演算装置など）とを備えていればよい。従って、超音波探傷装置の構成を簡単化することができるので、例えば超音波探傷装置の小型軽量化を可能にする。
【００５３】
上記の実施形態は例示に過ぎない。本発明は、上記の実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
【００５４】
上記の実施形態では、球体ケース３０内に高電圧発生回路と増幅回路と電源回路とを有する超音波送受信機１２を備えていたが、超音波送受信機１２を省略してもよい。この場合、スイッチ５０及びスイッチ５０を開閉する回動部材５５も省略することができる。従って、超音波探触子１を小型軽量化することができる。超音波探触子１の端子４８には、高電圧発生回路及び増幅回路を備えた超音波探傷装置が接続される。あるいは、超音波送受信機１２が、高電圧発生回路及び増幅回路のいずれか一方を備えていなくてもよい。
【００５５】
上記の実施形態では、球体ケース３０は内ケース２０及び外ケース４０に対してボールローラ２２，４２を介して回転可能に支持されていたが、ボールローラ２２，４２以外の任意の支持機構を用いてもよい。あるいは、球体ケース３０が内ケース２０及び外ケース４０上を摺動することにより球体ケース３０が回転可能であってもよい。
【００５６】
スイッチ５０及びこれを開閉させるために機構（回動部材５５）は、上記の実施形態に限定されない。
【００５７】
超音波送受信機１２を動作させるための電力を超音波探触子１の外部から供給することも可能である。この場合には、球体ケース３０内に電池を含む電源回路備える必要はなく、また、スイッチ５０及び回動部材５５を省略することができる。
【００５８】
超音波振動子１０は、内ケース２０に対して偏芯又は傾斜していてもよい。
【００５９】
図１は、超音波探触子の構成を説明するためのものに過ぎない。従って、中心軸１ａを通る１つの断面上に図１に示した全ての構成部材が存在している必要はない。各構成部材は、例えば超音波探触子１内の空間を有効に利用することができるように、中心軸１ａ方向及び中心軸１ａ回り方向の任意の位置に配置することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の利用分野は特に制限はなく、例えば超音波探傷の分野に広く利用することができる。特に、超音波探触子を測定対象物から離すことなく任意の方向に移動させて連続的に厚さや亀裂を高精度で測定することができるので、厚さが連続的に変化する場合や多数の亀裂が存在する場合に、効率よい測定を行うことができる。例えば、配管やタンクの肉厚測定、蒸気タービンケーシングや弁箱、ガスタービン動翼、風力発電翼などの亀裂測定などに利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  超音波探触子
１０  超音波振動子
１０ａ  超音波振動子の端面
１２  超音波送受信機
２０  内ケース
２２  ボールローラ
２４  磁石（姿勢制御手段）
２６  送受装置（無線通信手段）
３０  球体ケース
３２  液体
４０  外ケース
４２  ボールローラ
４４  磁石（姿勢制御手段）
４６  送受装置（無線通信手段）
５０  スイッチ
【図１】
2013117385.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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